MODIS反演多云地区地表反照率的一种新方法及其反演试验

在参考国内外卫星遥感反演地表反照率方法的基础上，提出了一种反演多云地区地表反照率的新方法，称之为组合反演法。对于受云影响而无法获得足够的晴空观测数据的像素点，在遥感地表分类数据和归一化植被指数（NDVI） 数据的辅助下，在其周围的有限范围内选择与其具有相同BRDF形状的像素点，将它们在观测角度上互为补充的晴空观测数据组合成对同一个BRDF形状的一组多角度观测数据，达到一定数量后直接利用线性的RossThick-LiSparse互易核驱动模型反演二向反射分布函数（BRDF）参数。然后，根据“16天”期间平均的当地正午太阳高度角计算反照率。选择青藏高原地区2004年6～8月间5组“16天”的Terra MODIS数据进行的反演试验表明，该方法不仅具有反演多云地区地表反照率的能力，而且能够更好地反映实际的地表信息，反演结果的精度与美国MOD43产品的精度相当。     

青藏高原地表月平均反照率的遥感反演

位于我国西南部的青藏高原是世界上海拔最高，地形最复杂的高原，其热力和动力作用对我国和全球气候系统的影响非常显著，而高原地表反照率是决定地表能量收支平衡十分重要的参数。本文采用卫星遥感和地理信息系统技术，应用目前国际上最先进的双向反射模型，建立了动态的地表反照率反演方法，并对1997年青藏高原地表反照率进行了反演。     

从NOAA卫星AVHRR资料反演中国区域地表反照率

由NOAA卫星AVHRR短波通道1、2反射率反演地表反照率需要3个反演模式,分别是窄-宽波段反射率转换模式、大气顶双向反射模式、大气订正模式.基于模式和国家卫星气象中心接收处理的NOAA-18 AVHRR1B数据,处理了2006年1月至2010年12月的中国区域地表反照率,由于云的影响,15天合成技术用来形成周期为15天的地表反照率数据文件.2006年、2010年2年的处理结果与MODIS同类产品对比,RMS为0.028～0.074、相关系数为0.76～0.93,误差较大出现在冬季,原因是两者15天合成方法不同;5年的日平均地表反照率与21个中国地面气象一级辐射站的观测测值作对比,结果是：RMS为0.053、相关系数为0.88.反演模式系统误差以及云和气溶胶影响是卫星反演地表反照率的主要误差来源.     

青藏高原MODIS地表反照率和GLASS地表反照率的对比分析

对比分析了青藏高原MODIS地表反照率产品和GLASS地表反照率产品的空间分布连续性、高质量反演结果的比例,应用青藏高原CAMP/Tibet试验期间的高精度观测数据评估了两种产品的精度,通过人工目视解译MODIS地表反射率图像并结合MODIS积雪产品分析了影响两种产品精度的原因,结果表明：1）GLASS地表反照率产品具有比MODIS地表反照率产品更好的空间分布连续性和更高的反演质量;2）绝大多数时段内两种产品都能与地面观测结果保持较好的一致性,能准确地反映地表反照率的异常变化过程;3）局地积雪是影响两种产品精度的重要因素之一;4）积雪条件下,GLASS地表反照率反演算法比MODIS地表反照率反演算法更具优势。研究结果有助于促进人们对地表反照率卫星遥感反演产品的认识,改进青藏高原地表反照率卫星遥感反演算法,提高青藏高原地表反照率卫星遥感反演结果的精度、反演质量和空间分布连续性。     

长江三角洲地区表月平均反照率的卫星遥感研究

应用NOAA－AVHRR气象卫星数据，通过近似的大气校正模型及双向反射模型，结合地理信息系统，建立了动态的反照率反演模型，并反演了计算我国长江三角洲地区1995年3－12月的地表反照率。通过对诸影响反照率变化因子的分析显示，遥感反演结果与地表覆盖特征及气候特征基本相符。     

利用ASTER数据反演珠峰地区地表特征参数

利用2006-2011年9景ASTER遥感影像计算了青藏高原珠穆朗玛峰地区的地表特征参数(地表反照率、地表温度、归一化植被指数、植被覆盖度),并对地表反照率和地表温度反演结果进行了验证。结果表明:地表反照率和地表温度的反演结果与观测值较为一致,能够作为陆面过程模式的输入数据;反演得到的植被指数能够较好的代表珠峰地区的地表植被特征;所有的反演算法和结果仅依赖于遥感数据,表明在资料缺乏地区利用卫星遥感技术是获取地表特征参数的有效手段。     

应用EOS-MODIS卫星资料反演西北干旱绿洲的地表反照率

地表反照率是一个广泛应用于地表能量平衡、中长期天气预测和全球变化研究的重要参数, 作者应用EOS-MODIS卫星数据和目前发展的推算反照率比较完善的一种二向反射(BRDF)模型Ross Thick-Li Sparse R核算法(AMBRALS算法), 对西北干旱绿洲区非均匀分布的地表反照率进行反演与分析, 结果表明, 应用该方法反演的地表参数与实际观测值基本接近.敦煌戈壁站的反演值与观测值的春、夏、秋季绝对误差最大为0.019, 冬季为0.051, 黑河绿洲实验站的反演值较观测值低0.019; 绿洲、绿洲     

地表反照率研究进展

地表反照率是陆面过程模式及气候模拟研究中的一个重要参数,地表反照率的变化会改变整个地气系统的能量收支平衡,并引起局地以至全球的气候变化。不同下垫面地表反照率存在明显的差异,中国区域地表反照率的空间分布也存在明显的区域差异。遥感反演地表反照率在空间上具有较高的精度,但反演结果很难直接应用于陆面过程模式。各种陆面模式对地表反照率计算主要基于陆面土地覆盖分类,包含了许多先验的预定参数,由于某些过程处理中的简化假设,从而对地表反照率的计算带来一定的误差。      

长江三角洲地区地表月平均反照率的卫星遥感研究

应用NOAA-AVHRR气象卫星数据,通过近似的大气校正模型及双向反射模型,结合地理信息系统,建立了动态的反照率反演模型,并反演计算了我国长江三角洲地区1995年3～12月的地表反照率.通过对诸多影响反照率变化因子的分析显示,遥感反演结果与地表覆盖特征及气候特征基本相符.     

利用多角度POLDER偏振资料实现陆地上空大气气溶胶光学厚度和地表反照率的同时反演 II. 实例分析

由于陆地地表反照率的复杂性,陆地上空气溶胶的反演一直是卫星对地观测的一个难点,针对这个难点,作者提出联合利用偏振反射率和总反射率提取陆地上空大气气溶胶光学厚度和地表反照率及其区域分布的反演方案,提出了利用NCEP资料订正由海拔高度引起的Rayleigh散射变化的具体方法,并利用POLDER（POLarization and Directionality of Earth's Reflectance）的LEVEL-1B资料进行实际反演计算,给出中国华北地区气溶胶光学厚度和地表反照率的区域分布。反演结果与地基观测进行了对比验证分析,结果表明,综合利用标量辐射和偏振信息的可以实现区域乃至全球尺度的大气气溶胶和地表反照率的定量反演。     

应用MODIS数据反演青藏高原地区地表反照率

应用RossThick-LiTransit核驱动BRDF（bidirectional reflectance distribution function）模型,选择2004年Terra MODIS（moderate resolution imaging spectraradiometer）500 m分辨率数据,对青藏高原地区的地表反照率进行了反演研究,并以平均气溶胶光学厚度值0.11计算了正午时（北京时间12：00）实际的地表反照率,反演结果与当地的地表覆盖类型和地形具有较好的一致性。此外,藏北高原4个辐射观测站点观测资料与反演结果的比较表明,500 m分辨率反演结果不仅可以满足气候和陆面过程模式的精度要求,而且精度高于美国1 km分辨率反照率反演结果。     

用MODIS反演北京城市地区地表反照率精度以及算法改进

MODIS(MODerate-resolution Imaging Spectroradiometer)地表反照率的精度在乡村地区已经得到了检验,但是至今没有在城市地区的有关研究。地表反照率的精度在很大程度上取决于大气订正的精度,作者利用2002年以来的北京AERONET(国际气溶胶检测网络)站点Cimel气溶胶观测资料对反射率进行大气订正,通过对比来评价MODIS地表反照率算法中大气订正的精度。结果发现,MODIS大气订正在蓝光波段具有明显的过度订正现象,MODIS大气订正后地表反射率平均偏低0.03。MODIS地表反照率在冬季有约75%的缺测,这是因为冬季严重的空气污染使得MODIS云检测得到晴空观测较少。MODIS使用三参数双向反射率函数（BRDF）要求16天以内至少有3次以上的晴空观测（MODIS算法中要求7次）。通过分析MODIS反演得到的三参数,发现虽然它们的绝对值具有明显的季节变化,但是它们的比值是十分稳定的,这样使BRDF函数降低到只需要一个参数,有效降低了对晴空观测次数的要求,这一思想可以应用到热带等晴空日数较少的地区。     

青藏高原MODIS地表反照率反演结果的空间分布

为了促进MODIS地表反照率产品的应用及其反演算法的改进,应用MODIS地表反照率反演质量数据MCD43B2,并结合数字海拔高程模型DEM(Digital Elevation Model)数据和MODIS地表覆盖类型数据MOD12Q1,统计分析了2003-2013年青藏高原MODIS地表反照率不同反演结果的空间分布情况,结果表明:(1)MODIS地表反照率全反演结果主要分布在中西部和北部,春季全反演结果的概率超过80%,夏季向西北收缩且概率降低,秋季高概率全反演结果的范围最大、冬季最小。(2)冬季高概率当量反演结果主要分布在青藏高原西北、东南两翼,其他季节主要分布在昌都、那曲、林芝、山南地区和拉萨市。(3)在山南地区中东部、林芝及其与昌都地区交界处构成的"入"字形区域,四季无反演结果的概率都比较高,最高可达100%。(4)全反演结果的概率随海拔的增加呈下降趋势,当量反演结果则相反,无反演结果的概率在各海拔区间都较恒定且不超过10%。(5)在三种主要地表类型中,开放灌木区和裸土稀疏植被区全反演结果的概率高于草地,约为70%;草地当量反演结果的概率最高,约为30%;三者无反演结果的概率大致相当,均不足10%。以上结果表明青藏高原地区MODIS地表反照率反演质量的空间分布具有较为明显的地域特征,并且与海拔和地表覆盖类型存在一定的联系。     

青藏高原地表反照率时空分布与统计回归计算

本文在利用NOAA/AVHRR数据反演得到1982～2000年青藏高原地区地表反照率时空分布的基础上,分析了地表反照率的时空变化及其与温度和降水之间的关系,得到地表反照率与温度和降水之间的统计方程,并用此方程计算了青藏高原地区地表反照率的时空分布。研究结果表明：青藏高原地区年均地表反照率的分布与高原自然地理带的分布特征大致吻合;地表反照率与温度和降水均有较好的相关性,相关性因下垫面植被类型的不同而有较大的差异,滞后1个月的温度和滞后2个月的降水的综合作用与地表反照率的相关性最好;月均地表反照率与温度和降水之间的二元曲线回归方程可以比较好的统计回归计算出青藏高原地区地表反照率的空间分布,该模型的系统偏差比较小,回归计算的效果比较好。     

中国地区MODIS地表反照率反演结果的时空分布研究

应用2003—2015年MODIS地表反照率反演质量数据MCD43A2,统计分析中国地区MODIS地表反照率反演质量的时空分布特征,结果表明:1)中国地区MODIS地表反照率反演质量在空间分布上具有明显的差异,高质量全反演结果(质量标记0)主要分布在东北、华北、西北地区和西南地区的中西部;当量反演结果(质量标记3)主要分布在华东、华中、华南地区和西南地区的中东部;填充值(质量标记15)主要分布在华中、华南、华东地区及西南地区的部分区域。2)在东北、华北和西北地区,只有春、夏和秋季才有超过60%的区域可能获得高精度MODIS地表反照率;可能获得高精度M ODIS地表反照率的区域,在西南地区全年各时段都只有40%~60%,在华东、华中和华南地区全年各时段都不足20%。3)各地当量反演结果的比例一般不足50%,华东和华中地区夏季和秋季当量反演结果的比例超过40%;4)华中和华东地区夏季和冬季,以及华南地区春、夏和冬季,填充值的比例超过50%,华南和华中地区最高甚至超过80%。     

青藏高原MODIS地表反照率反演质量分析

为了更加全面地了解青藏高原MODIS地表反照率的反演质量,利用2003-2013年MODIS地表反照率数据MCD43B2统计分析了该产品在青藏高原的反演效率和反演质量。结果表明:(1)各周期的平均反演效率均超过80%,冬、夏季节的反演效率较低,春、秋季节则较高,最高可达90%以上;(2)所有反演结果中,高质量全反演结果的比例最高,且在春、秋季节较高,最高约为80%,而冬、夏季节较低,最低时略高于50%;(3)"无雪"状态反演结果的平均比例介于70%~95%,且以高质量全反演结果为主,而"积雪"状态反演结果的平均比例约为10%,且以当量反演结果为主。这些结果表明该产品可以为青藏高原绝大部分区域提供时空分布连续的高精度地表反照率,但冬、夏季节的反演效率和反演结果的精度,以及"积雪"状态下反演结果的精度,都还有待提高。     

青藏高原地区MODIS反照率两种反演结果差异的对比分析

采用对照反演比法对比分析了青藏高原地区相同时空条件下的MODIS反照率当量反演结果和全反演结果的差异。利用2002—2004年青藏高原地区Terra MODIS数据开展的对照反演试验表明:(1)黑空反射率BSA两种反演结果的绝对偏差小于0.03,白空反射率WSA两种反演结果的绝对偏差约为0.04;BSA两种反演结果绝对偏差的标准差约为0.05,而WSA的则更大。(2)BSA两种反演结果和WSA两种反演结果的绝对偏差及其标准差均存在一定的年际差异。(3)可见光区反照率两种反演结果的绝对偏差及其标准差一般大于红外光区两种反演结果的绝对偏差及其标准差。(4)两种地表反照率反演结果的绝对偏差及其标准差在青藏高原地区三种主要地表类型的差异不大。     

利用MODIS资料反演兰州地区气溶胶光学厚度

借助6S模式对MODIS的蓝光(0.46μm)、红光(0.66μm)和中红外(2.1μm)通道进行了行星反照率对地表反射率和气溶胶光学厚度的敏感性试验, 并对蓝光和红光通道的路径辐射对行星反照率的贡献做了数值试验; 计算了MODIS的蓝光、红光和中红外通道在兰州市及其周围地区的地表反射率, 检验了Kaufman给出的三个通道地表反射率之间的关系。检验结果表明, 在兰州周围地区蓝光通道与中红外通道地表反射率之间的关系与Kaufman给出的关系比较符合, 对于兰州周围大范围区域都是适用的。利用此关系通过6S模式进一步反演了兰州城市及其附近地区 1×104 km2 范围内的气溶胶光学厚度, 反演结果较为合理。     

利用遥感地表参数分析上海市的热岛效应及治理对策

从NOAA-AVHRR数据提取出晴空状况下上海市的地表反照率、地表温度和植被指数参数，分析了冬夏两季遥感地表参数所反映的热岛效应变化。发现在冬夏两季的白天和夜晚都存在明显的城市热岛效应，在冬季夜晚的热岛效应比白天强，而在夏季夜晚的热岛效应比白天弱。这是由于下垫面的差异，导致白天城区地表温度大大超过郊区。城区的地表反照率和植被指数始终小于郊区。进一步的相关分析表明，夏季城市的地表温度与植被指数、地表反照率存在显著的负相关，相关系数分别为-0．975、-0．712。通过提高植被覆盖率和地表反照率，可以减小城市热岛效应。     

藏北高原GlobAlbedo地表反照率的精度分析

为了分析欧洲航天局多星观测数据联合反演的全球地表反照率产品Glob Albedo在青藏高原的反演精度,促进其在青藏高原地—气相互作用研究中的应用,利用藏北高原BJ站和西大滩站观测的上行和下行太阳短波辐射资料,对比分析了Glob Albedo的精度,并与MODIS地表反照率产品MCD43B3进行了比较。结果表明:空间分辨率1 km的Glob Albedo短波波段(0.3~5.0μm)的地表反照率与地面观测结果总体上具有较好的一致性,但是精度受积雪覆盖比例的影响较大。积雪覆盖比例0.1时,Glob Albedo短波波段的地表反照率与高质量地面观测结果的均方根误差介于0.0100~0.0218,Glob Albedo的精度完全能够满足气候和陆面模式的精度要求。反之,它们的均方根误差介于0.0252~0.1461,存在较大的不确定性。对比Glob Albedo和MCD43B3,前者的精度略高于后者:Glob Albedo短波波段地表反照率与高质量地面观测结果的均方根误差介于0.0195~0.0959,MCD43B3短波波段地表反照率与高质量地面观测结果的均方根误差介于0.0273~0.1269。